論文の概要: Quantum circuit and mapping algorithms for wavepacket dynamics: case study of anharmonic hydrogen bonds in protonated and hydroxide water clusters
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.03763v1
- Date: Wed, 04 Dec 2024 23:01:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-06 14:38:57.924191
- Title: Quantum circuit and mapping algorithms for wavepacket dynamics: case study of anharmonic hydrogen bonds in protonated and hydroxide water clusters
- Title（参考訳）: ウェーブパケットダイナミクスのための量子回路とマッピングアルゴリズム:プロトン化および水酸化水素水クラスターにおける非調和水素結合のケーススタディ
- Authors: Debadrita Saha, Philip Richerme, Srinivasan S. Iyengar,
- Abstract要約: 任意の次元で量子核力学を実行するための基礎となる2つのアルゴリズムを提案する。
1つのアルゴリズムは3つの量子ビットに対して正確であり、実装されるとスピン状態のダイナミクスが核波束の力学をエミュレートする。
他方のアルゴリズムはより堅牢で、回路の複雑さを増大させるコストがかかるため、任意の量子ビットに対して正確である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The accurate computational study of wavepacket nuclear dynamics is considered to be a classically intractable problem, particularly with increasing dimensions. Here we present two algorithms that, in conjunction with other methods developed by us, will form the basis for performing quantum nuclear dynamics in arbitrary dimensions. For one algorithm, we present a direct map between the Born-Oppenheimer Hamiltonian describing the wavepacket time-evolution and the control parameters of a spin-lattice Hamiltonian that describes the dynamics of qubit states in an ion-trap quantum computer. This map is exact for three qubits, and when implemented, the dynamics of the spin states emulate those of the nuclear wavepacket. However, this map becomes approximate as the number of qubits grow. In a second algorithm we present a general quantum circuit decomposition formalism for such problems using a method called the Quantum Shannon Decomposition. This algorithm is more robust and is exact for any number of qubits, at the cost of increased circuit complexity. The resultant circuit is implemented on IBM's quantum simulator (QASM) for 3-7 qubits. In both cases the wavepacket dynamics is found to be in good agreement with the classical result and the corresponding vibrational frequencies obtained from the wavepacket density time-evolution, are in agreement to within a few tenths of a wavenumbers.
- Abstract（参考訳）: ウェーブパケット核力学の正確な計算研究は古典的に難解な問題であると考えられており、特に次元が増大している。
ここでは、私たちが開発した他の手法とともに、任意の次元で量子核力学を実行するための基礎となる2つのアルゴリズムを示す。
1つのアルゴリズムでは、ボルン=オッペンハイマー・ハミルトニアンとスピン格子ハミルトニアンの制御パラメータを記述し、イオントラップ量子コンピュータにおける量子ビット状態のダイナミクスを記述する。
この写像は3つの量子ビットに対して正確であり、実装されるとスピン状態のダイナミクスが核波束の力学をエミュレートする。
しかし、この写像は、キュービットの数が増加するにつれて近似される。
第2のアルゴリズムでは、量子シャノン分解法(Quantum Shannon Decomposition)と呼ばれる手法を用いて、そのような問題に対する一般的な量子回路分解形式を示す。
このアルゴリズムはより堅牢で、回路の複雑さを増大させるため、任意の数の量子ビットに対して正確である。
結果の回路はIBMの量子シミュレータ(QASM)に3.7キュービットで実装されている。
どちらの場合も、ウェーブパケットのダイナミクスは古典的な結果とよく一致しており、ウェーブパケット密度の時間進化から得られる対応する振動周波数は、ウェーブナンバーのほんの10分の1以内である。
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